《醇、酚、醚》PPT课件

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第十章醇、酚、醚 第一节醇一、醇的分类、命名和结构1.分类1）根据羟基所连碳原子种类分为：一级醇（伯醇、1°）、二级醇（仲醇、2°）、三级醇（叔醇、3°）。2）根据分子中烃基的类别分为：脂肪醇、脂环醇、和芳香醇（芳环侧链有羟基的化合物，羟基直接连在芳环上的不是醇而是酚）。3）根据分子中所含羟基的数目分为：一元醇、二元醇和多元醇。两个羟基连在同一碳上的化合物不稳定，这种结构会自发失水，故同碳二醇不存在。另外，烯醇是不稳定的，容易互变成为比较稳定的醛和酮。 醛酮比烯醇更稳定偕二醇不稳定 2．醇的命名1）俗名如乙醇俗称酒精，丙三醇称为甘油等。2）简单的一元醇用普通命名法命名。“某烃（基）醇例如：仲丁醇炔丙醇 3）系统命名法结构比较复杂的醇，采用系统命名法。选择含有羟基的最长碳链为主链，把支链看做取代基。从离羟基最近的一端开始编号，按照主链碳原子数称为某醇。将羟基的位置用阿拉伯数字标在醇前面，并用“-”隔开。其它取代基的位次、数目、名称依次写在醇前面。多元醇要选取带尽可能多羟基的碳链作为主链，羟基数目写在醇子的前面，用二、三等数字表明，用阿拉伯数字标明羟基位置。例如：3-甲基-2-丁醇2-苯基乙醇顺-1，2-环己二醇 3-戊烯-1-醇2，3-二甲基-2，3-丁二醇 3.结构 1.状态C1～C4有酒味液体，C5～C11有不愉快气味的油状液体，C12以上的醇无色无味的蜡状固体。2.沸点低级醇分子间可以形成氢键，因此沸点，水中溶解度等有特性。1)比分子量相近的烷烃的沸点高,如乙烷(分子量为30)的沸点为-88.6℃,甲醇(分子量32)的沸点为64.9℃。2）同碳数的醇直链醇比含支链的醇沸点高，如正丁醇（117.3℃）、异丁醇（108.4℃）、叔丁醇（88.2℃）。3）溶解度C1～C3醇与水混溶，C4～C10醇在水中溶解度逐渐降低，C10以上基本不溶于水。4）结晶醇形成MgCl2.6CH3OH,CaCl2.4C2H5OH,CaCl2.4CH3OH,结晶醇在有机溶剂中不溶解可以分离出来。（除去醚中醇）二、醇的物理性质 3.溶解度：甲、乙、丙醇与水以任意比混溶（与水形成氢键的原因）；C4以上则随着碳链的增长溶解度减小（烃基增大，其遮蔽作用增大，阻碍了醇羟基与水形成氢键）；分子中羟基越多，在水中的溶解度越大，沸点越高。如乙二醇（bp=197℃）、丙三醇（bp=290℃）可与水混溶。4.结晶醇的形成低级醇能和一些无机盐（MgCl2、CaCl2、CuSO4等）作用形成结晶醇，亦称醇化物。如： 三、醇的光谱性质C-O的吸收峰在1000~1200cm-1：伯醇在1060~1030cm-1仲醇在1100cm-1附近叔醇在1140cm-1附近2.NMRO—H的核磁共振信号由于受氢键、温度、溶剂性质等影响，可出现δ值在1~5.5的范围内。一般情况下，纯度不够的醇在核磁共振中产生一个吸收峰，它不与邻近质子发生偶合作用。3640~3610cm-1,外形较锐。未缔合的OH3600~3200cm-1，外形较宽。缔合的OHO-H伸缩振动1.IR 四、醇的化学性质醇的化学性质主要由羟基官能团所决定，同时也受到烃基的一定影响，从化学键来看，反应的部位有C—OH、O—H、和C—H。分子中的C—O键和O—H键都是极性键，因而醇分子中有两个反应中心。又由于受C—O键极性的影响，使得α—H具有一定的活性，所以醇的反应都发生在这三个部位上。 1．与活泼金属的反应Na与醇的反应比与水的反应缓慢的多，反应所生成的热量不足以使氢气自然，故常利用醇与Na的反应销毁残余的金属钠，而不发生燃烧和爆炸。CH3CH2O-的碱性比-OH强，很强的亲核试剂，常用来作烷氧基化试剂 醇的反应活性：CH3OH>伯醇（乙醇）>仲醇>叔醇pKa15.0915.9319醇钠(RONa)是有机合成中常用的碱性试剂。金属镁、铝也可与醇作用生成醇镁、醇铝。 2．与氢卤酸反应（制卤代烃的重要方法）1）反应速度与氢卤酸的活性和醇的结构有关。HX的反应活性：HI>HBr>HCl醇的活性次序：烯丙式醇>叔醇>仲醇>伯醇>CH3OH卢卡斯试剂（ZnCl2+浓HCl）鉴别伯仲叔醇叔醇仲醇伯醇卢卡斯试剂立刻浑浊静置片刻浑浊不反应 2）烯丙醇、叔醇与氢卤酸反应是按SN1历程进行，伯醇是按SN2历程进行，而仲醇多是按SN1历程进行。3）伯醇或仲醇的β-碳原子有两个或三个烷基或芳基时，在酸的作用下能发生分子重排反应——瓦格涅尔-麦尔外因重排。 例如：原因：反应是以SN1历程进行的。 3．与卤化磷和亚硫酰氯反应 4．与酸反应（成酯反应）1)与无机酸反应醇与含氧无机酸硫酸、硝酸、磷酸反应生成无机酸酯。高级醇的硫酸酯是常用的合成洗涤剂之一。如C12H25OSO2ONa（十二烷基磺酸钠）。另外，硫酸二乙酯是很好的烷基化试剂2）与有机酸反应 4.脱水反应醇与催化剂共热即发生脱水反应，随反应条件而异可发生分子内或分子间的脱水反应。醇的脱水反应活性：3°R-OH>2°R-OH>1°R-OH分子内分子间 醇脱水反应的特点：1)主要生成札依采夫烯，例如： 2）用硫酸催化脱水时，有重排产物生成。3）消除反应与取代反应互为竞争反应由于消除反应要破坏β位碳氢键，需要较高的能量，所以，升高温度对分子内脱水反应较为有利。 6.氧化和脱氢1）氧化：伯醇、仲醇分子中的α-H原子，由于受羟基的影响易被氧化。伯醇被氧化为羧酸。此反应可用于检查醇的含量，例如，检查司机是否酒后驾车的分析仪就有根据此反应原理设计的。在100ml血液中如含有超过80mg乙醇（最大允许量）时，呼出的气体所含的乙醇即可使仪器得出正反应。（若用酸性KMnO4，只要有痕迹量的乙醇存在，溶液颜色即从紫色变为无色，故仪器中不用KMnO4）。 2）脱氢伯、仲醇的蒸气在高温下通过催化活性铜时发生脱氢反应，生成醛和酮。 7.多元醇的反应1）螯合物的生成2）与过碘酸（HIO4）反应邻位二醇与过碘酸在缓和条件下进行氧化反应，具有羟基的两个碳原子的C—C键断裂而生成醛、酮、羧酸等产物。这个反应是定量地进行的，可用来定量测定1，2-二醇的含量（非邻二醇无此反应）。 3)片呐醇（四羟基乙二醇）重排片呐醇与硫酸作用时，脱水生成片呐酮。 五、醇的制备1.由烯烃制备1）烯烃的水合2）硼氢化-氧化反应2.由醛、酮制备1）醛、酮与格氏试剂反应用格氏试剂与醛酮作用，可制得伯、仲、叔醇。 3）醛、酮的还原醛、酮分子中的羰基用还原剂（NaBH4，LiAlH4）还原或催化加氢可还原为醇。例如：不饱和醛、酮还原时，若要保存双键，则应选用特定还原剂。RMgX与甲醛反应得伯醇，与其它醛反应得仲醇，与酮反应得叔醇。利用格氏试剂与醛或酮反应可制得各种醇。 3．由卤代烃水解此法只适应在相应的卤代烃比醇容易得到的情况时采用。 六、重要的醇（一）甲醇有毒性，甲醇蒸气与眼接触可引起失明，误服10ml失明，30ml致死。（二）乙醇（三）乙二醇制法：乙二醇是合成纤维“涤纶”等高分子化合物的重要原料，又是常用的高沸点溶剂。乙二醇可与环氧乙烷作用生成聚乙二醇。聚乙二醇工业上用途很广，可用作乳化剂、软化剂、表面活化剂等。（四）丙三醇（甘油） 第二节消除反应消除反应是从反应物分子中消除一个小分子化合物的反应。消除反应的类型有：1,2–消除反应（β-消除反应）1,1–消除反应（α-消除反应）1,3–消除反应（γ-消除反应）卡宾 一、β-消除反应1．消除反应历程（E1和E2）（1）单分子消除历程（E1）两步反应：（1）（2）SN1E1 E1和SN1是同时发生的，例如：E1反应与SN1互为竞争反应凡是有利于SN1的条件，也同样有利于E1反应。①3°（RX、ROH）易发生E1消除反应。（反应活性3°＞2°＞1°）②试剂的碱性越强越利于E1消除反应。③往往会有有重排反应发生。因此常把重排反应看做是E1机理的标志。④溶剂极性越大，E1反应活性越大。 （2）双分子消除反应（E2）一步反应：δ---………δ-δ- E2反应与SN2是竞争反应，亲核试剂B：进攻中心碳原子发生SN2反应，如果进攻β-H，则发生E2反应。伯卤代烷、季铵盐等在强碱作用下所发生的消除反应主要是E2。 2．消除反应的取向一般情况下是生成札依采夫（Saytzeff）烯例如：对E1，主要是生成札依采夫烯，且消除活性是3°>2°>1°对E2，大多数消除遵守札依采夫规则，但也有例外（即趋向与Hofmann规则）：①β-H的空间位阻越大，越易生成Hofmann烯。②离去基团越不易离去越易生成Hofmann烯。③碱性越强，碱的体积越大越易生成Hofmann烯。 X2-己烯的含量(%)1-己烯的含量(%)IBrClF8172673019283370离去基团L对E2取向的影响 β-氢的空间位阻对E2方向的影响1-位烯的含量（%）2-位烯的含量（%）19818114产物化合物 不同碱对E2取向的影响7027.522.511.53072.577.588.5的含量（%）的含量（%）产物反应物反应温度：70～75℃ 3.消除反应的立体化学（E2)许多实验事实说明，大多数E2反应是反式消除的（同平面反式消除）。①碱（B：）与离去基团的排斥力小，有利于B：进攻β-H。 ②有利于形成π键时轨道有最大的电子云重叠。反式消除方式可用单键旋转受阻的卤代物的消除产物来证明。 ③反式构象的范德华斥力小，有利于B：进攻β-H。 4消除反应与亲核取代反应的竞争消除反应与亲核取代反应是由同一亲核试剂的进攻而引起的。亲核试剂进攻碳原子发生取代反应，亲核试剂进攻β-氢则发生消除反应，二者相互竞争。 研究影响消除反应与亲核取代反应相对优势的各种因素在有机合成上很有意义，它能提供有效的控制产物的依据。消除产物和取代产物的比例常受反应物的结构、试剂、溶剂和反应温度等的影响。1）反应物的结构烯丙基卤、苄基卤和叔卤代烃易发生消除反应（E1）；伯卤代烃易发生亲和取代反应(SN2)。 2）试剂的碱性试剂的碱性越强，浓度越大，越有利于E2反应；试剂的碱性较弱，浓度较小，则有利于SN2反应。3）溶剂的极性溶剂的极性增大有利于取代反应，不利于消除反应。所以由卤代烃制备烯烃时要用KOH的醇溶液（醇的极性小），而由卤代烃制备醇时则要用KOH的水溶液（因水的极性大）。4）反应温度升高温度有利于消除反应，因消除反应的活化能比取代反应的大，（消除反应的活化过程中要拉长C-H键，而SN反应中无这种情况）。 二、α-消除反应在同一碳原子上消除两个原子或基团产生中间体“卡宾”的过程，称为α-消除反应。卡宾又叫碳烯。如：1．卡宾的产生（1）氯仿与强碱作用，失去HCl形成二氯卡宾。（2）由重氮甲烷的热分解或光分解而形成。 2．卡宾的结构卡宾的碳原子最外层仅有六个电子，除形成两个共价键外，还剩下两个未成键电子。这两个未成键电子所处的状态经光谱研究证明有两种结构，一种称为单线态，另一种称为三线态。其结构如下： 3．卡宾的反应（1）与碳碳双键的加成在烯烃存在下的卡宾，可与双键加成得到环丙烷的衍生物。（2）插入反应（insertion）卡宾能把自身插入到大多数分子的C-H键中去。 第三节酚一、酚的结构及命名1．结构酚是羟基直接与芳环相连的化合物（羟基与芳环侧链的化合物为芳醇）2．命名酚的命名一般是在酚字的前面加上芳环的名称作为母体，再加上其它取代基的名称和位次。特殊情况下也可以按次序规则把羟基看作取代基来命名。 二、酚的物理性质三、光谱性质O-H伸缩振动吸收带在3640～3600cm-1未缔合）。在核磁共振谱中，δ值4.5～8.0，如果将溶液稀释，吸收便向高磁场方向移动，δ值4.5左右。四、酚的化学性质δ-δ-δ-δ+在酚中苯环与羟基直接相连，二者相互影响，导致酚羟基有显著的酸性，苯环的亲电取代反应活性也大大增加。 1．酚羟基的反应（1）酸性酚的酸性比醇强，但比碳酸弱。共轭使得酚氧负离子非常稳定，所以酚的酸性较强。 故酚可溶于NaOH但不溶于NaHCO3溶液，不能与Na2CO3、NaHCO3作用放出CO2。相反，向酚钠溶液通入CO2，酚则可游离出来。利用醇、酚与NaOH和NaHCO3反应性的不同，可鉴别和分离酚和醇。当苯环上连有吸电子基团时，酚的酸性增强；连有供电子基团时，酚的酸性减弱。 （2）与FeCl3的显色反应酚能与FeCl3溶液发生显色反应，大多数酚能起此反应，故此反应可用来鉴定酚。不同的酚与FeCl3作用产生的颜色不同。与FeCl3的显色反应并不限于酚，具有烯醇式结构的脂肪族化合物也有此反应。 （3）酚醚的生成醚不能分子间脱水成醚，一般是由醚在碱性溶液中与烃基化剂作用生成。在有机合成上常利用生成酚醚的方法来保护酚羟基。 酚也可被卤素取代，但不象醇那样顺利；酚也可以生成酯，但比醇困难。 2．芳环上的亲电取代反应（1）卤代反应苯酚与溴水在常温下可立即反应生成2，4，6三溴苯酚白色沉淀。反应很灵敏，很稀的苯酚溶液（10ppm）就能与溴水生成沉淀。故此反应可用作苯酚的鉴别和定量测定。降低溶剂的极性可使反应停留在一取代。 （2）硝化苯酚比苯易硝化，在室温下即可与稀硝酸反应。邻硝基苯酚易形成分子内氢键而成螯环，这样就削弱了分子内的引力；而对硝基苯酚不能形成分子内氢键，但能形成分子间氢键而缔合。因此邻硝基苯酚的沸点和在水中的溶解度比其异构体低得多，故可随水蒸气蒸馏出来。 （3）亚硝化苯酚和亚硝酸作用生成对亚硝基苯酚。（4）缩合反应酚羟基邻、对位上的氢可以和羰基化合物发生缩合反应。例如，在稀碱存在下，苯酚与甲醛作用，生成邻或对羟基苯甲醇，进一步生成酚醛树脂。 3．氧化反应酚易被氧化为醌等氧化物，氧化物的颜色随着氧化程度的深化而逐渐加深，由无色而呈粉红色、红色以致深褐色。例如：多元酚更易被氧化。对苯二酚是常用的显影剂。酚易被氧化的性质常用来作为抗氧剂和除氧剂。 第四节醚一、醚的结构，分类和命名1．结构2．分类C-O-C醚键（醚链）是醚的官能团 3．命名1）简单醚在“醚”字前面写出两个烃基的名称。例如，乙醚、二苯醚等。2）混醚是将小基排前，大基排后；芳基在前，烃基在后，称为某基某基醚。例如：3）结构复杂的醚用系统命名法命名，当作烃的烃氧衍生物。例如：4）环醚称为环氧某烷或杂环化合物来命名 二、醚的物理性质和光谱性质醚分子内不能形成氢键，但可以和水形成氢键，所以醚的沸点较同碳数的醇低得多，在水中溶解度相差不大。醚在许多反应中活性不大，是常用的有机溶剂。三、醚的化学性质1．盐的生成醚的氧原子上有未共用电子对，能接受强酸中的H+而生成烊盐。烊盐是一种弱碱强酸盐，仅在浓酸中才稳定，遇水很快分解为原来的醚。利用此性质可以将醚从烷烃或卤代烃中分离出来。 2．醚链的断裂在较高温度下，强酸能使醚链断裂，使醚链断裂最有效的试剂是浓的氢碘酸（HI）。醚键断裂时往往是较小的烃基生成碘代烷。芳香混醚与浓HI作用时，总是断裂烷氧键，生成酚和碘代烷 3.过氧化物的生成醚长期与空气接触下，会慢慢生成不易挥发的过氧化物。过氧化物不稳定，加热时易分解而发生爆炸，因此，醚类应尽量避免暴露在空气中，一般应放在棕色玻璃瓶中，避光保存。蒸馏放置过久的乙醚时，要先检验是否有过氧化物存在，且不要蒸干。检验方法：硫酸亚铁和硫氰化钾混合液与醚振摇，有过氧化物则显红色。除去过氧化物的方法：（1）加入还原剂5%的FeSO4于醚中振摇后蒸馏。（2）贮藏时在醚中加入少许金属钠。 四、醚的制备1．醇脱水此法只适用于制简单醚，且限于伯醇，仲醇产量低，叔醇在酸性条件下主要生成烯烃。2．威廉姆逊合成法（A.W.Williamson）威廉姆逊合成法是制备混合醚的一种好方法。是由卤代烃与醇钠或酚钠作用而得。威廉姆逊合成法中只能选用伯卤代烷与醇钠为原料。因为醇钠即是亲核试剂，又是强碱，仲、叔卤代烷（特别是叔卤代烷）在强碱条件下主要发生消除反应而生成烯烃 如，制备乙基叔丁基醚时，可以有如下两条合成路线。路线1：路线2： 五、重要的醚1.乙醚2．环氧乙烷环氧乙烷是最简单的环醚，是一个很重要的有机合成中间体。故给予重点讨论。（1）制法（2）物理性质沸点11℃，无色有毒气体，易液化，与水混溶，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。一般贮存于钢瓶中。（3）化学性质环氧乙烷化学性质活泼，在酸或碱催化下能与多种试剂反应，形成一系列重要工业原料。 在酸催化下，环氧乙烷可与水、醇、卤化氢等含活泼氢的化合物反应，生成双官能团化合物。这些产物同时有醇和醚的性质，是很好的溶剂，常称溶纤素，广泛用于纤维素酯和油漆工业。在碱催化下，环氧乙烷可与RO-，NH3，RMgX等反应生成相应的开环化合物。环氧乙烷与RMgX反应，是制备增加两个碳原子的伯醇的重要方法。 不对称的三元环醚的开环反应存在着一个取向问题，一般情况是：酸催化条件下亲核试剂进攻取代较多的碳原子；碱催化条件下亲核试剂进攻取代较少的碳原子。3．四氢呋喃既能溶于有机溶剂又能溶于溶于水,且挥发性小，所以是一种广泛应用的非质子溶剂。